Multimeter och räknare

Relevanta dokument
Operationsförstärkaren. Den inverterande förstärkaren. Integrerande A/D-omvandlare. Multimeter - blockschema. Integratorn. T ref *U x = -T x *U ref

Multimeter och räknare AD-omvandling. Multimeter

Multimeter och räknare AD-omvandling. Multimeter

Multimeter och räknare Del 2: Räknare. Räknare - varför

Multimeter & Räknare

Multimeter och räknare Del 1: Multimetern. Multimeter

Tid- och frekvensmätning -inför laborationen-

Tid- och frekvensmätning Ola Jakobsson Johan Gran, labbhandledare

SENSORER OCH MÄTTEKNIK

Tid- och frekvensmätning - inför laborationen del 2 -

Tid- och frekvensmätning - inför laborationen 2 - Ola Jakobsson Johan Gran

SENSORER OCH MÄTTEKNIK

Multimeter och räknare

Innehåll forts. Mätosäkerhet Sampling Vikning (Aliasing) Principer för D/A omvandling Sammanfattning Lab-info Förberedelser och/eller övningar

Räknare och impedansmätningar

Multimeter & Räknare 2015

Sensorer och Mätteknik 2015

Mätning av elektriska storheter. Oscilloskopet

A/D D/A omvandling Mätteknik för F

Elektroteknikens grunder Laboration 1

Laborationshandledning för mätteknik

A/D D/A omvandling. EEM007 - Mätteknik för F 2015 CHRISTIAN ANTFOLK

Multimeter och räknare Del 1: Multimetern. Multimeter

Elektronik grundkurs Laboration 1 Mätteknik

Laborationsrapport Elektroteknik grundkurs ET1002 Mätteknik

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 17 dec 2007 klockan 8:00 13:00 för inskrivna på elektroteknik Ht 2007.

A/D D/A omvandling. Lars Wallman. Lunds Universitet / LTH / Institutionen för Mätteknik och Industriell Elektroteknik

Förstärkning Large Signal Voltage Gain A VOL här uttryckt som 8.0 V/μV. Lägg märke till att förstärkningen är beroende av belastningsresistans.

A/D D/A omvandling. Johan Nilsson

Lab 3. Några slides att repetera inför Lab 3. William Sandqvist

Mätteknik för E & D Tid- och frekvensmätning Laborationshandledning Institutionen för biomedicinsk teknik LTH

Signalbehandling, förstärkare och filter F9, MF1016

Mätteknik för E & D Laborationshandledning Tid & frekvens Institutionen för biomedicinsk teknik LTH

Laborationsrapport. Kurs El- och styrteknik för tekniker ET1015. Lab nr. Laborationens namn Lik- och växelström. Kommentarer. Utförd den.

A/D D/A omvandling. EEM007 - Mätteknik för F 2016 CHRISTIAN ANTFOLK / LARS WALLMAN

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 6 mars 2006 SVAR

2E1112 Elektrisk mätteknik

Spänningsmätning av periodiska signaler

Spä nningsmä tning äv periodiskä signäler

Mät kondensatorns reaktans

AD-DA-omvandlare. Mätteknik. Ville Jalkanen. 1

Laborationsrapport. Kurs Elinstallation, begränsad behörighet. Lab nr 2. Laborationens namn Växelströmskretsar. Kommentarer. Utförd den.

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 4 Operationsförstärkare

Ett urval D/A- och A/D-omvandlare

Impedans och impedansmätning

Elektroteknikens grunder Laboration 3. OP-förstärkare

Umeå universitet Tillämpad fysik och elektronik Ville Jalkanen mfl Laboration Tema OP. Analog elektronik för Elkraft 7.

D/A- och A/D-omvandlarmodul MOD687-31

Vilken voltmeter till vad?

Mätteknik Digitala oscilloskop

IDE-sektionen. Laboration 5 Växelströmsmätningar

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Introduktion till fordonselektronik ET054G. Föreläsning 3

Mätteknik E-huset. Digitalt oscilloskop Vertikal inställning. Digitalt oscilloskop. Digitala oscilloskop. Lab-lokal 1309 o 1310

LTK010, vt 2017 Elektronik Laboration

A/D D/A omvandling. Lars Wallman. Lunds Universitet / LTH / Institutionen för Mätteknik och Industriell Elektroteknik

Impedans! och! impedansmätning! Temperatur! Komponentegenskaper! Töjning! Resistivitetsmätning i jordlager!.!.!.!.!

Apparater på labbet. UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Elektronik/JH. Personalia: Namn: Kurs: Datum:

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 16 dec 2008 klockan 8:00 13:00.

5 OP-förstärkare och filter

Strömmätning på riktigt

2E1112 Elektrisk mätteknik

Tentamen i Elektronik - ETIA01

DET ÄR INGEN KONST ATT MÄTA SPÄNNING OCH STRÖM

Spolens reaktans och resonanskretsar

2E1112 Elektrisk mätteknik

Mätteknik (ESSF10) Kursansvarig: Johan Nilsson Översiktligt kursinnehåll

Ellära 2, Tema 3. Ville Jalkanen Tillämpad fysik och elektronik, UmU. 1

DIGITAL MULTIMETER BRUKSANVISNING MODELL DT9201

Laboration 4: Tidsplan, frekvensplan och impedanser. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

Att fjärrstyra fysiska experiment över nätet.

Växelström K O M P E N D I U M 2 ELEKTRO

AC-kretsar. Växelströmsteori. Lund University / Faculty / Department / Unit / Document / Date

210 manual.pdf Tables 4

Laboration 1 Elektriska kretsar Online fjärrstyrd laborationsplats Blekinge Tekniska Högskola (BTH)

Experiment med schmittrigger

Mät spänning med ett oscilloskop

2E1112 Elektrisk mätteknik

DN-SERIEN 5.00 (1/2) E - Ed 1. Icke-bindande dokument

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

A/D- och D/A- omvandlare

TENTAMEN Tillämpad mätteknik, 7,5 hp

Bruksanvisning ELMA 21 LCR MULTIMETER / E:nr Göteborg 2003

Tentamen i Elektronik fk 5hp

Laboration - Va xelstro mskretsar

Mätteknik. Biomedicinsk teknik (Elektrisk Mätteknik), LTH

Operationsförstärkare (OP-förstärkare) Kapitel , 8.5 (översiktligt), 15.5 (t.o.m. "The Schmitt Trigger )

Tentamen i Elektronik för F, 13 januari 2006

Mätteknik Digitala oscilloskop

Föreläsning 9 Transistorn och OP-förstärkaren

APPARATER PÅ ELEKTRONIKLABBET

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Operationsförstärkarens grundkopplingar.

Spänningsmätning K O M P E N D I U M 1 ELEKTRO

Laborationshandledning för mätteknik

Tentamen i Elektronik för F, 2 juni 2005

Digitala kretsars dynamiska egenskaper

Tentamen i Elektronik 5hp för E2/D2/Mek2

Enchipsdatorns gränssnitt mot den analoga omvärlden

Sensorer och mätteknik Laborationshandledning

Transkript:

Multimeter och räknare Förberedelser Multimeter och räknare Inför laborationen: Skriv ut den här laborationshandledningen eller ladda ner den till dator/surfplatta (ej mobiltelefon) och ta med handledningen till laborationen. Läs igenom laborationshandledningen, förslagsvis appendix och förberedelseuppgifter först (finns längst bak i denna handledning) och därefter själva laborationsanvisningarna. Ta med miniräknare till laborationen. Läs i kursboken Elektronisk mätteknik: Kap. 2.2 Standardavvikelse, s.72-73 Kap. 3. Allmänt om spänningsmätning, s.27 30 Kap 3.3 Ingångssteget i en DVM/DMM, s. 36 37 Kap 3.4 Integrerande A/D-omvandling, s. 40-42 Kap 3.6-3.8 Mätning av växelspänning/strömmar/resistans, s. 5 69 Kap 3.9 Speciella DMM-funktioner, s. 70 72 Kap 4. 4.6 s. 93 226 Kap 4.8 4.0 Övriga mätfunktioner, styrning av mätförlopp samt mätosäkerhet, s.246-270 Du skall känna till och kortfattat kunna beskriva: Likriktat medelvärde, effektivvärde och toppvärde Digital voltmeter Ingångsimpedans Integrerande A/D-omvandling och undertryckning av nätstörningar (50 Hz). Tvåtråds- och fyrtrådsmätning av resistans Konventionell och reciprok frekvensräknare De fem vanligaste mätfelsorsakerna vid frekvens- och tidintervallsmätning Påverkan av hysteresbandets bredd för triggerns känslighet och när olika bredd på hysteresband används Det s.k. ± felet vid frekvensmätning Relativ och absolut noggrannhet för konventionell och reciprok frekvensräknare Period- och tidintervallsmätare Stigtid, falltid, amplitud, periodtid, frekvens och pulslängd för en pulsliknande signal DC-kopplad resp. AC-kopplad ingång på frekvensräknare resp. periodtidsmätare För godkänd laboration krävs: Godkänt på de skriftliga förberedelsefrågorna. Godkänd laboration Godkänd rapport eller godkänd granskning av rapport 2 Upplägg Multimeter - instrument Multimeter Grundprincip Inre resistans Spänningsmätning Resistansmätning Strömmätning Räknare Grundprincip Konventionell räknare Reciprok räknare Mätmetoder Upplösning HP/Agilent 3440 bänkmultimeter Hög noggrannhet, GPIB 3 Fluke 75 / 77 handhållen multimeter Billig, enkel, låg upplösning, enklare att ha i fickan 4 Multimeter - blockschema Multimeter - ingångssteg 5 6

Operationsförstärkaren Den inverterande förstärkaren Icke-inverterande ingång Inverterande ingång Vout = ( V + V ) G V out = ( V G = + Vout G = V V + V = V + V ) G = 0 Ideal Operationsförstärkare: Oändlig förstärkning (G) Oändlig bandbredd (oändligt snabb) Oändlig inresistans (ingen ström genom + och -) Ingen utresistans (kan driva ström) V + = V - (eftersom V + i detta fall är kopplat till jord fås en virtuell jord vid V - ) I IN = 0 (oändlig inresistans, ingen ström flyter in i operationsförstärkaren)=> I = I 2 Vin = I V R in R, I =, Vout = I 2 R2, V out R2 = V R in Multimeter - ingångssteg Multimeter - blockschema 9 0 DC Integrerande A/D-omvandlare U x U ref T ref *U x = -T x *U ref U x = -T x *U ref /T ref Integratorn I några AD-omvandlare används en integrator Utsignalen från en integrator beror på tiden och insignalen En integrator kan implementeras med en OP-förstärkare och en kondensator Spänningen över kondensatorn kommer att vara lika med utspänningen Generellt för en kondensator gäller VC = C t 0 i( t) dt V out V out = ( V + = RC V ) G t 0 V dt in 2

Multimeter - störningar 3 4 Multimeter - störningar Andra A/D-omvandlare Integrerande AD-omvandling vanlig Styrning av integrationstiden möjliggör undertryckning av störning Alla frekvenser med ett helt antal våglängder inom integrationstiden kommer undertryckas Parallellomvandlare (Flash) Deltapulsmodulation Successiv approximation Spänning/frekvensomvandling etc 5 6 Multimeter - mätmetoder För att mäta ström, resistans och växelspänning måste dessa konverteras till en DC-spänning först Multimeter växelspänning AC A/D-omvandlaren mäter likspänning. Andra storheter måste omvandlas till likspänning innan mätning Växelspänning Peak topp Peak-peak topp-topp Average likriktat medelvärde RMS Root mean square - effektivvärde 7 8 3

Multimeter likriktat medelvärde Helvågslikriktning Multimeter effektivvärde RMS Effektivvärdet mest intressant Den växelspänning som utvecklar samma effekt i t.ex. en resistor som en likspänning med samma storlek. Likriktat medelvärde: Oftast inte intressant i sig U = T T 0 U ( t)dt Repetition, Ohms lag: P=U*I=U 2 /R 2 U EFF T = T U 2 (t)dt 0 9 20 Multimeter - växelspänning Multimeter - växelspänning Hur mäter man effektivvärdet? Enkelt och billigt: Mät likriktat medelvärde och räkna om till effektivvärde mha formfaktorn Ger bara rätt värden för sinussignal Mer avancerade instrument: Mäter sant effektivvärde (true RMS) Formfaktorn och toppfaktorn beskriver hur amplituden förhåller sig till effektivvärdet. formfaktorn U = U EFF toppfaktorn = Uˆ U EFF 2 22 Multimeter - mätmetoder Multimeter - strömmätning För att mäta ström, resistans och växelspänning måste dessa konverteras till en DC-spänning först Viktigt att R inte är stort för att undvika att påverka kretsen man mäter på. 23 24 4

Multimeter - strömmätning Viktigt att R inte är stort för att undvika att påverka kretsen man mäter på. Multimeter - mätmetoder För att mäta ström, resistans och växelspänning måste dessa konverteras till en DC-spänning först 25 26 Multimeter - resistansmätning Två olika metoder att omvandla en resistans till en spänning Konstantströmmetoden Kvotmetoden Multimeter - resistansmätning Konstantströmmetoden Kvotmetoden 27 28 Multimeter - resistansmätning Tvåtrådsmätning Multimeter - instrument HP/Agilent 3440 bänkmultimeter Hög noggrannhet, GPIB Fyrtrådsmätning 29 Fluke 75 / 77 handhållen multimeter Billig, enkel, låg upplösning, enklare att ha i fickan 30 5

Multimeter inre resistans Spänningsmätning Hög inre resistans Låg resistans ger spänningsdelning mätfel Multimeter - bakgrund Viktigt att veta vad mätinstrumentet har för inre resistans. Vilken mätprincip använder instrumentet? Hur påverkar mätinställningarna noggrannheten? Strömmätning Låg inre resistans Hög resistans påverkar strömmen i kretsen 3 32 Upplägg Räknare Multimeter Grundprincip Inre resistans Spänningsmätning Resistansmätning Strömmätning Räknare Grundprincip Konventionell räknare Reciprok räknare Mätmetoder Upplösning Frekvens Periodtid (/f) Tidmätning (T -T 2 ) Stigtid/falltid Pulslängd Avståndsmätning GPS 33 34 Räknare - varför Ett oscilloskop har normalt 3 4 siffors noggrannhet som bäst En räknare kan ha upp till 9 siffor Räknare - frekvens Frekvens anger hur många gånger en signal repeteras per sekund. Periodtidens inverterade värde, f = /T = N/TN Periodtid för två olika signaler 35 36 6

Räknare - puls Räknare - konventionell Mäter antalet ingångscykler N under en viss mättid, typiskt sekund. Fyrkantspuls 37 38 Konventionell frekvensräknare Okänd signal Räknare - upplösning Mätosäkerhet då man kan få med delar av perioder, ± insignalscykel (Kvantiseringsfel) Kvantiseringsfelet bestämmer mätningens upplösning Mättid 0 s ger absoluta upplösningen /0= 0. Hz Tidfönster s. 39 40 Räknare - tidmätning Räknare - reciprok Klarar av att mäta frekvens enligt f = N / TN 2 separata räknarsteg - mäter över helt antal perioder Genom att byta plats på ingångsteget och oscillatorn får man en tidräknare. 4 42 7

Räknare - reciprok Räknare - upplösning Mätosäkerheten (Kvantiseringsfelet) är nu ± klockcykel vilket också är den absoluta upplösningen (00 ns) Relativa upplösningen är nu ± klockcykel/mättid Alltid n hela perioder av insignalen Mätningen är inte synkroniserad med klockpulserna! ibland räknas klockpulsperioder och ibland ej 43 44 Räknare - interpolation Räknare - tidintervall Genom att hålla koll på var i klockpulserna man startar mätningen kan man få ännu högre noggrannhet En interpolatorkrets mäter fasläget på klockpulsen SR-vippa öppnar och stänger OCH-grinden 45 46 Räknare - tidintervall Räknare tidmätning Mätosäkerhet på ± klockcykel För att höja noggrannheten kan man Öka klockfrekvensen Interpolera Använda medelvärdesbildning Ingen synkning av start/stop och klockan ger en upplösning som är klockpuls 0 MHz tidbasoscillator => 00 ns upplösning 47 48 8

Frekvensräknare HP533A Räknare - ingångssteg MΩ, frekvensberoende ok för < 00 MHz mindre belastning på objektet x eller x0 Frekvensoberoende dämpning 50 Ω för HF system 49 50 Räknare - ingångssteg Räknare - komparatorn ACkopplingskondensator Vars kapacitans bestämmer den undre gränsfrekvensen för ingången, vanligen 0-50 Hz Det dynamiska området är typiskt -5V / +5V. Kan gå upptill -50 /+50V med 0x dämpningen. Över det kapar dioderna topparna för att skydda instrumentet. Övre gränsfrekvens ofta 50-00 khz reducerar brus 5 Jämför insignalen med en triggernivå och slår om när triggernivån passeras 52 Räknaren - hysteresband Räknare - hysteresband Smalt Brett Skillnaden mellan triggpunkten och återställningspunkten kallas hysteresband Hysteresbandets förhållande till insignalen kan varieras genom en ställbar komparator eller genom att dämpa insignalen. Lågpassfilter samt ställbar hysteres => bra brusundertryckning 53 54 9

Räknare triggnivå Räknare - triggnivå Med AC-kopplingen ligger triggnivån på 0V och därmed ligger även hysteresbandet kring 0V. För en osymmetrisk signal kan därför triggvillkoret bli fel 55 56 Räknare - skillnader Tidbasoscillatorn Vanligast är kvartskristall (SiO 2 ) Bygger på piezoelektrisk effekt Resonansfrekvensen beror bl.a. tjockleken, ytan och massan Problem; åldring, gravitation, stötar och retracing Skillnader mellan tid och frekvensmätningar 57 58 Tidbasoscillatorn Tre olika typer av kristalloscillatorer för olika krav Standardoscillatorer (UCXO = uncompensated x-tal oscillator) 0 ppm frekvensändring 0-50 C (ca 00Hz) Temperaturkompenserade oscillatorer (TCXO) en termistor styr en fintrimmningskondensator ppm frekvensändring 0-50 C (ca 0Hz) Ugnsstabiliserade oscillatorer (OCXO) kristallen sitter i ett hölje/ugn som hålls vid konstant temperatur (70 C ± 0,0 ) av effekttransistorer 0,-0,002 ppm frekvensändring 0-50 C (ca -0,02 Hz) 59 Mätosäkerheten De vanligaste osäkerhetsfaktorerna för frekvens- och tidintervallmätning är: Mätningens upplösning Triggerfel p.g.a. brus Tidbasoscillatorns osäkerhet Triggerpunktens inställningsosäkerhet Skillnader mellan ingångskanaler 60 0